Контроль отказов в нагревательном контуре бытовых электроприборов

Изобретение относится к энергетике. Бытовой электроприбор, включающий в себя нагревательный контур для нагрева жидкости, а также содержащий выборочно запитываемый с помощью переключателя нагревательный элемент для нагрева жидкости, и устройство контроля для контроля работы нагревательного контура. Устройство контроля осуществляет контроль, по меньшей мере, одного электрического потенциала внутри нагревательного контура. Также представлены варианты способа контроля нагревательного контура бытового электроприбора. Изобретение позволяет обеспечить более высокую надежность контроля нагревательного контура бытового электроприбора. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение, в общем, относится к области бытовых электроприборов, в частности таких бытовых электроприборов, как моечные машины, стиральные машины с сушкой, сушильные машины, посудомоечные машины, и, в целом, ко всем бытовым электроприборам, включающим в себя нагревательный контур для нагрева жидкости (моющая жидкость для стиральных или посудомоечных машин или воздух для сушки белья).

Нагревательные контуры, имеющиеся в вышеупомянутых бытовых электроприборах, обычно включают в себя нагревательный элемент, состоящий из резистора и переключателя (например, реле, управляемое блоком регулирования данного бытового электроприбора), служащего для избирательной подачи энергии к резистору, когда это необходимо, например, для нагрева моющей жидкости для стирки белья или жидкости для мытья посуды, или для нагрева потока воздуха для сушки белья.

Для обеспечения безотказной работы нагревательного контура и обнаружения возможных отказов производится контроль работы нагревательного контура. Отказы могут происходить, в частности, в резисторе или в переключателе, обеспечивающем подвод электроэнергии к резистору. Задача контроля нагревательного контура заключается в том, чтобы определить, подводится электроэнергия к резистору или нет, и не произошло ли его короткое заземление. Некоторые отказы могут повредить бытовой прибор и даже быть крайне опасными для безопасности пользователей. Например, необходимо предотвращать перегревание резистора, а также избегать повреждения или возгорания компонентов бытового прибора; короткое заземление терморезистора также является потенциально опасным, поскольку токи утечки могут достигнуть внешнего корпуса прибора и вызвать удар электрическим током неосведомленного потребителя. При обнаружении любого подобного отказа эксплуатацию бытового прибора следует немедленно прекратить.

Известны технические решения для контроля нагревательного контура, основанные на измерении электрического потенциала в некоторых узлах схемы контура и сравнении замеренных величин с заданными значениями, заложенными в устройстве управления данного бытового прибора.

Заявителем было обнаружено, что данное техническое решение обладает рядом недостатков, так как различные единицы измерения, используемые в разных странах для измерения номинального напряжения переменного тока, а также отклонения по времени для номинального значения переменного напряжения в одной и той же стране делают процесс контроля трудноосуществимым и ненадежным. Например, для учета различных стандартов, принятых в разных странах, потребовалось бы выпускать дифференцированные бытовые приборы для различных рынков с заложенными в памяти устройства управления разными значениями электрического напряжения.

Заявителю удалось решить проблему контроля работы нагревательного контура бытового электроприбора, разработав решение, устраняющее указанные выше недостатки и обеспечивающее более высокую надежность.

Объектом изобретения является бытовой прибор, включающий в себя нагревательный контур для нагрева жидкости, содержащий выборочно запитываемый нагревательный элемент для нагрева жидкости, и устройство контроля для контроля работы нагревательного контура, осуществляющее:

- контроль, по меньшей мере, одного электрического потенциала внутри данного нагревательного контура;

- измерение величины напряжения электросети, и

- определение правильности работы или неисправности нагревательного контура путем сравнения, по меньшей мере, одной замеренной величины электрического потенциала внутри нагревательного контура и замеренной величины напряжения электросети.

В частности, устройство контроля может определять, является работа нагревательного контура правильной или в нем произошел отказ, путем сравнения, по меньшей мере, одного замеренного электрического потенциала внутри нагревательного контура, по меньшей мере, с одним опорным значением электрического потенциала, получаемым в динамическом режиме, например, периодически, в процессе работы бытового прибора, начиная с замеренного значения напряжения электросети.

По замеренному значению напряжения электросети устройство контроля может вычислять первое и второе опорные напряжения, используемые для сравнения, по меньшей мере, с одним замеренным значением электрического потенциала, и делать вывод о том, правильно работает бытовой электроприбор или в нем произошел отказ, если, по меньшей мере, одно замеренное значение электрического потенциала будет выходить из диапазона между вышеупомянутыми первым и вторым значениями электрического потенциала.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения устройство контроля предназначено для:

- вычисления, начиная с замеренного значения напряжения электросети, первого и второго безразмерных численных значений;

- вычисления, начиная, по меньшей мере, с одного замеренного внутреннего электрического потенциала, третьего безразмерного численного значения;

- сравнения третьего безразмерного численного значения с первым и вторым безразмерными численными значениями, и

- подтверждения факта правильности работы или неисправности нагревательного контура в случае, если третье безразмерное численное значение выходит за пределы диапазона между первым и вторым безразмерными численными значениями.

Первое и второе безразмерные численные значения могут вычисляться периодически. По меньшей мере, одно электрическое напряжение внутри нагревательного контура, в частности, может быть, по меньшей мере, одним из следующих параметров:

- электрическим потенциалом внутри нагревательного контура, замеренным на первом терминале нагревательного элемента, соединенном с переключателем “вкл.-выкл.” нагревательного контура;

- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на втором терминале нагревательного элемента, соединенном с сетевым переключателем бытового электроприбора или с предохранительным выключателем, служащим для отключения нагревательного контура в случае неисправности переключателя “вкл.-выкл.”.

Еще одним объектом изобретения является способ контроля нагревательного контура бытовых электроприборов, служащего для нагрева жидкости и содержащего выборочно запитываемый нагревательный элемент, служащий для нагрева жидкости.

Данный способ включает в себя:

- контроль, по меньшей мере, одного электрического потенциала внутри данного нагревательного контура;

- измерение величины напряжения электросети, и

- определение правильности работы или неисправности нагревательного контура путем сравнения, по меньшей мере, одной замеренной величины электрического потенциала внутри нагревательного контура и замеренной величины напряжения электросети.

Оценка правильности работы или неисправности нагревательного контура, например, может производиться путем сравнения, по меньшей мере, одного замеренного электрического напряжения внутри нагревательного контура, по меньшей мере, с одним эталонным значением электрического напряжения, получаемым устройством контроля в динамическом режиме, например, периодически, в процессе работы бытового прибора, начиная с замеренного значения напряжения электросети.

Данный и другие отличительные признаки и преимущества изобретения станут более очевидными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием предпочтительного варианта осуществления изобретения, приводимым в качестве примера и не носящим ограничительного характера; для более ясного понимания в описании приводятся ссылки на приложенный чертеж, на котором изображена принципиальная электрическая схема функционального блока рассматриваемого варианта осуществления изобретения.

В частности, позиции 105а и 105b на чертеже обозначают электрические контакты вилки бытового электроприбора (например, бытовой стиральной машины, стиральной машины с сушкой, сушильной машины, посудомоечной машины и, в целом, бытового электроприбора, включающего в себя нагревательный контур для нагрева жидкости), которую вставляют в розетку домашней системы электроснабжения для подвода переменного тока (АС); например, контакт 105а может быть контактом вилки, вставляемым в контакт розетки, соединенный фазовым напряжением, а контакт 105b может быть соединен с нейтралью розетки. Как известно, величина напряжения переменного тока зависит от стандарта, принятого в данной стране; общепринятыми стандартами являются номинальное напряжение 220 В при частоте 50 Гц (стандарт, принятый в Европе) и 110 В при 60 Гц (стандарт США).

Переменное напряжение (АС) электросети поступает на преобразовательный трансформатор ПО, который вырабатывает одно или несколько значений 115 постоянного напряжения (DC) (сравниваемых с опорным напряжением или напряжением 120 земли), например напряжение 5 В, которое подается на логическое управляющее устройство 125, включающее в себя, например, микропроцессор или микроконтроллер, запрограммированный для управления работой данного бытового электроприбора.

Блок 130 служит для обозначения всех компонентов бытового электроприбора, которые при работе питаются переменным напряжением от питающей сети, подводимым по распределительным линиям 145а и 145b; вышеупомянутые компоненты в случае стиральной машины, например, включают в себя электромотор для вращения барабана, насос для слива жидкости для стирки или полоскания, электромагнитные клапаны для загрузки воды для стирки или полоскания.

Сетевой переключатель 135, управляемый устройством 125 управления, позволяет выборочно снабжать электричеством все электрические компоненты бытового электроприбора; по соображениям безопасности устройство 125 управления может давать согласие на замыкание переключателя 135 только при подтверждении надлежащего закрытия дверцы или смотрового окна устройства, предупреждая, таким образом, возможность запуска бытового электроприбора при незакрытой дверце и обеспечивая выключение прибора при случайном открытии дверцы во время работы.

Позицией 140 обозначен нагревательный контур, в случае стиральной машины, например, служащий для нагрева жидкости для стирки. Нагревательный контур 140, в рассматриваемом в качестве примера варианте осуществления изобретения соединен с распределительными линиями 145а и 145b цепи переменного тока за сетевым переключателем 135, однако в альтернативном варианте осуществления изобретения нагревательный контур может быть подсоединен перед сетевым переключателем 135. Нагревательный контур 140 содержит, по меньшей мере, один терморезистор 150, последовательно соединенный, по меньшей мере, с одним переключателем 155, управление которым осуществляет устройство 125 управления. Терморезистор 150 - это компонент, который при подаче на него напряжения нагревается вследствие эффекта Джоуля и осуществляет нагрев жидкости для стирки белья или мытья посуды или воздушного потока для сушки выстиранного белья. Переключатель 155, например, может быть однопозиционным или двухпозиционным реле. Устройство 125 управления управляет замыканием переключателя 155, когда во время рабочего цикла электроприбора необходимо нагреть жидкость для стирки или поток воздуха для сушки. В описанном способе осуществления изобретения терморезистор 150 имеет контакт 160а, соединенный с линией 145 а фазового распределения, и контакт 160b, соединенный с первым контактом переключателя 155, второй контакт которого соединен с линией 145b нейтрали, однако ничто не мешает поменять местами положения терморезистора 150 и переключателя 155. На одном из контактов или на обоих контактах 160а, 160b терморезистора 150 могут быть установлены плавкие предохранители для защиты от перегрева и сгорания резистора 150.

Устройство 125 управления контролирует правильность функционирования нагревательного контура 140. С этой целью в одном из возможных вариантов осуществления изобретения устройство 125 управления контролирует, по меньшей мере, одно внутреннее напряжение нагревательного контура 140, измеряемое обычно, по меньшей мере, на одном из соединений указанного нагревательного контура. В частности, в рассматриваемом примере осуществления изобретения устройство 125 управления замеряет (с помощью делителя 165 напряжения, например резистивного делителя напряжения) электрическое напряжение на контакте 160b терморезистора 150. В других возможных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, одно электрическое напряжение, замеряемое устройством 125 управления, может замеряться на контакте 160а терморезистора 150.

Кроме того, с целью контроля правильности работы нагревательного контура 140 устройство 125 управления осуществляет контроль напряжения электросети. В частности, в рассматриваемом примере осуществления изобретения, устройство 125 управления замеряет (с помощью делителя 170 напряжения, например резистивного делителя напряжения) фазовый потенциал (на контакте 105а).

Оценка правильности работы или неисправности/отказа нагревательного контура 140 осуществляется путем производимого устройством 125 управления сравнения замеренной величины напряжения электросети, по меньшей мере, с одним замеренным электрическим потенциалом внутри нагревательного контура.

Например, начиная с замеренной величины напряжения электросети, устройство 125 управления вычисляет в динамическом режиме одно или несколько опорных напряжений, с помощью которых производится сравнение с электрическим потенциалом, замеренным внутри нагревательного контура 140. Данные значения опорного напряжения рассчитываются периодически, через равные промежутки времени, например каждые 20-80 мс.

В частности, начиная с определенного напряжения электросети, устройство 125 управления посредством математического расчета вычисляет две величины опорного напряжения, по которым с помощью математического расчета определяет два соответствующих безразмерных опорных численных значения X1 и Х2. Начиная со значения по меньшей мере одного внутреннего напряжения нагревательного контура, замеренного устройством 125 управления, например, на контакте 160b терморезистора 150, устройство 125 управления вычисляет безразмерное численное значение X. Затем устройство 125 управления сравнивает данное безразмерное численное значение X с двумя безразмерными опорными численными значениями X1 и Х2 (при этом X1<Х2). Если результат сравнения покажет, что значение X выходит за пределы диапазона между значениями X1 и Х2, устройство 125 управления делает вывод о состоянии неисправности или отказе нагревательного контура. В результате, устройство 125 управления может, например, выключить нагревательный контур 140 путем размыкания переключателя 155 и/или приостановить подачу электроэнергии, разомкнув сетевой переключатель 135. Помимо контроля правильности работы нагревательного контура 140 во включенном состоянии устройство 125 управления также может управлять его работой и в выключенном состоянии (т.е. при разомкнутом переключателе 155). Например, если устройство 125 управления дает команду на размыкание переключателя 155, но электрический потенциал на контакте 160b терморезистора 150 низкий (и, в частности, значение X ниже опорного значения X1), устройство 125 управления может выявить неисправность нагревательного контура 140, которая может состоять в том, что переключатель 155 заклинило в замкнутом положении или произошло короткое замыкание на землю терморезистора 150; и наоборот, если устройство 125 управления выдало команду на замыкание переключателя 155, но электрический потенциал на контакте 160b терморезистора 150 достаточно высок (и, в частности, значение X выше опорного значения Х2), устройство управления в состоянии определить неисправность нагревательного контура 140, заключающуюся в том, что произошло короткое замыкание терморезистора 150 на фазовое напряжение.

Благодаря тому, что электрические потенциалы, имеющие место внутри нагревательного контура 140, сравниваются не с заранее заданными значениями напряжения, а со значениями, вычисляемыми в динамическом режиме в соответствии со значением переменного напряжения электросети, контроль правильности работы нагревательного контура является надежным даже при изменении напряжения электросети, учитывая тот факт, что стандартные значения переменного сетевого напряжения являются разными в различных странах, а также принимая во внимание колебания переменного сетевого напряжения относительно номинальных значений.

Изобретение было описано применительно к одному из возможных примеров его осуществления. Специалистам в данной области техники будет ясно, что возможны и многие другие варианты и изменения описанного примера осуществления без выхода за рамки объема защиты изобретения, определяемого приведенными ниже пунктами формулы изобретения.

Например, в альтернативных вариантах осуществления изобретения нагревательный контур может включать в себя предохранительный выключатель (это может являться особенно полезным, если нагревательный контур подсоединен перед сетевым переключателем, чтобы можно было выключить нагревательный контур в случае отказа переключателя 155 без выключения всего бытового прибора в целом); предохранительный выключатель может быть подсоединен между линией фазового распределения и контактом 160а терморезистора 150, и тогда, по меньшей мере, одно напряжение внутри нагревательного контура, замеряемое устройством 125 управления, может являться потенциалом на контакте 160а терморезистора, соединенном с предохранительным выключателем.

1. Бытовой электроприбор, включающий в себя нагревательный контур (140) для нагрева жидкости, содержащий выборочно запитываемый (155) нагревательный элемент (150) для нагрева жидкости, и устройство (125) контроля, предназначенное для контроля работы нагревательного контура (140) и выполненное с возможностью
- контроля по меньшей мере одного электрического потенциала внутри нагревательного контура (140), при этом указанный по меньшей мере один внутренний электрический потенциал нагревательного контура (140) является по меньшей мере одним из следующих параметров:
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на первом контакте (160b) нагревательного элемента (150), соединенном с переключателем (155) "вкл.-выкл." нагревательного контура (140);
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на втором контакте (160а) нагревательного элемента (150), соединенном с сетевым переключателем (135) бытового электроприбора или с предохранительным выключателем, служащим для отключения нагревательного контура в случае неисправности переключателя (155) "вкл.-выкл.",
отличающийся тем, что устройство (125) контроля дополнительно выполнено с возможностью:
- измерения величины напряжения электросети;
- вычисления, начиная с замеренного значения напряжения электросети, первого и второго опорных электрических потенциалов;
- сравнения по меньшей мере одного замеренного внутреннего электрического потенциала с первым и вторым опорными электрическими потенциалами;
- определения правильности работы или неисправности нагревательного контура (140) в случае, если по меньшей мере один замеренный внутренний электрический потенциал выходит за пределы диапазона между первым и вторым опорными электрическими потенциалами.

2. Бытовой электроприбор по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй опорные электрические потенциалы вычисляются периодически.

3. Бытовой электроприбор, включающий в себя нагревательный контур (140) для нагрева жидкости, содержащий выборочно запитываемый (155) нагревательный элемент (150) для нагрева жидкости, и устройство (125) контроля, предназначенное для контроля работы нагревательного контура (140) и выполненное с возможностью
- контроля по меньшей мере одного электрического потенциала внутри нагревательного контура (140), при этом указанный по меньшей мере один внутренний электрический потенциал нагревательного контура (140) является по меньшей мере одним из следующих параметров:
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на первом контакте (160b) нагревательного элемента (150), соединенном с переключателем (155) "вкл.-выкл." нагревательного контура (140);
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на втором контакте (160а) нагревательного элемента (150), соединенном с сетевым переключателем (135) бытового электроприбора или с предохранительным выключателем, служащим для отключения нагревательного контура в случае неисправности переключателя (155) "вкл.-выкл.",
отличающийся тем, что устройство (125) контроля дополнительно выполнено с возможностью:
- измерения величины напряжения электросети;
- вычисления, начиная с замеренного значения напряжения электросети, первого и второго безразмерных численных значений;
- вычисления, начиная с по меньшей мере одного замеренного внутреннего электрического потенциала, третьего безразмерного численного значения;
- сравнения третьего безразмерного численного значения с первым и вторым безразмерными численными значениями; и
- определения правильности работы или неисправности нагревательного контура, если третье безразмерное численное значение выходит за пределы диапазона между первым и вторым безразмерными численными значениями.

4. Бытовой электроприбор по п. 3, отличающийся тем, что вычисление первого и второго безразмерных численных значений производится периодически.

5. Бытовой электроприбор по любому из пп. 1 или 3, отличающийся тем, что устройство (125) контроля соединено с питающей сетью переменного напряжения с помощью преобразовательного трансформатора (110), который предназначен для выработки одного или нескольких значений (115) постоянного напряжения для подачи на устройство (125) контроля.

6. Бытовой электроприбор по любому из пп. 1 или 3, отличающийся тем, что устройство (125) контроля выполнено с возможностью измерения фазового потенциала (105а) с помощью делителя (170) напряжения, например резистивного делителя напряжения.

7. Бытовой электроприбор по любому из пп. 1 или 3, отличающийся тем, что он представляет собой стиральную и/или сушильную машину или посудомоечную машину.

8. Способ контроля нагревательного контура (140) бытового электроприбора, предназначенного для нагрева жидкости и содержащего выборочно запитываемый (155) нагревательный элемент (150) для нагрева жидкости, при этом способ включает в себя:
- контроль по меньшей мере одного электрического потенциала внутри нагревательного контура (140), при этом указанный по меньшей мере один внутренний электрический потенциал нагревательного контура (140) является по меньшей мере одним из следующих параметров:
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на первом контакте (160b) нагревательного элемента (150), соединенном с переключателем (155) "вкл.-выкл." нагревательного контура (140);
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на втором контакте (160а) нагревательного элемента (150), соединенном с сетевым переключателем (135) бытового электроприбора или с предохранительным выключателем, служащим для отключения нагревательного контура в случае неисправности переключателя (155) "вкл.-выкл.",
отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы:
- измерение величины напряжения электросети;
- вычисление, начиная с замеренного значения напряжения электросети, первого и второго опорных электрических потенциалов;
- сравнение по меньшей мере одного замеренного внутреннего электрического потенциала с первым и вторым опорными электрическими потенциалами;
- определение правильности работы или неисправности нагревательного контура (140) в случае, если по меньшей мере один замеренный внутренний электрический потенциал выходит за пределы диапазона между первым и вторым опорными электрическими потенциалами.

9. Способ контроля нагревательного контура (140) бытового электроприбора, предназначенного для нагрева жидкости и содержащего выборочно запитываемый (155) нагревательный элемент (150) для нагрева жидкости, при этом способ включает в себя:
- контроль по меньшей мере одного электрического потенциала внутри нагревательного контура (140), при этом указанный по меньшей мере один внутренний электрический потенциал нагревательного контура (140) является по меньшей мере одним из следующих параметров:
-внутренним электрическим потенциалом, замеренным на первом контакте (160b) нагревательного элемента (150), соединенном с переключателем (155) "вкл.-выкл." нагревательного контура (140);
- внутренним электрическим потенциалом, замеренным на втором контакте (160а) нагревательного элемента (150), соединенном с сетевым переключателем (135) бытового электроприбора или с предохранительным выключателем, служащим для отключения нагревательного контура в случае неисправности переключателя (155) "вкл.-выкл.",
отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы:
- измерение величины напряжения электросети;
- вычисление, начиная с замеренного значения напряжения электросети, первого и второго безразмерных численных значений;
- вычисление, начиная с по меньшей мере одного замеренного внутреннего электрического потенциала, третьего безразмерного численного значения;
- сравнение третьего безразмерного численного значения с первым и вторым безразмерными численными значениями; и
- определение правильности работы или неисправности нагревательного контура, если третье безразмерное численное значение выходит за пределы диапазона между первым и вторым безразмерными численными значениями.